基于BLE的共享車位監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王先杰 李陽 陳剛

摘 要：停車難是城市發(fā)展過程中面臨的重大問題，一方面是因?yàn)闄C(jī)動車數(shù)量飛速增長造成車位缺口不斷增大，另一方面是許多專用停車位利用率低下導(dǎo)致停車位越發(fā)緊張。本文采用“共享車位”模式，提出了基于BLE的共享車位監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用nRF52832模塊作為控制核心，通過BLE藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)車輛的自我識別，通過藍(lán)牙和WIFI實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新，采用超聲波進(jìn)行車位停車監(jiān)測，采用點(diǎn)陣屏實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)結(jié)合安卓平臺和云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)車位的錯峰停車，提高了車位的利用率，有助于緩解我國停車難問題。

關(guān)鍵詞：共享車位;nRF52832;ESP8266;BLE

0 引言

我國機(jī)動車保有量呈快速上升的趨勢，截止到2018年11月底，國內(nèi)機(jī)動車保有量達(dá)3.25億輛。相比日益增長的汽車保有量，停車位卻嚴(yán)重不足，“車多位少”問題越來越突出，停車難給城市帶來很多問題，首先就是交通堵塞，同時(shí)車輛尋找車位以及等待車位過程中會增加車輛的能量消耗，給環(huán)境帶來污染。然而，許多停車難路段的地下停車場在上班時(shí)間卻大量車位閑置，由此許多學(xué)者提出了“共享車位”的概念[1]。本文以nRF52832藍(lán)牙模塊為核心，設(shè)計(jì)一種共享車位的監(jiān)測系統(tǒng)，對“共享停車”推廣有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)方案

在“共享車位”模式中，停車場的閑置車位實(shí)時(shí)監(jiān)測是最重要的一個部分[2]。為了方便實(shí)現(xiàn)閑置車位共享，降低成本，方便用戶使用，設(shè)計(jì)了一套基于BLE的共享車位監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)置于車位正上方，總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，用戶可以通過手機(jī)APP采用BLE通信系統(tǒng)發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)“車位共享”模式的開啟與關(guān)閉。若用戶需要共享自己車位，通過APP進(jìn)行設(shè)置后，系統(tǒng)點(diǎn)陣模塊顯示車位可共享的時(shí)長，該段時(shí)間內(nèi)車位開放供用戶使用。超聲波測距模塊監(jiān)測停車時(shí)長，生成共享車位所產(chǎn)生的收益。同時(shí)，車位的相關(guān)狀態(tài)信息可以通過ESP8266WIFI模式上傳到服務(wù)器，車位所有人能實(shí)時(shí)查詢更新[3]。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

（1）nRF52832。nRF52832是Nordic公司推出的新一代的支持藍(lán)牙5.0，802.15.4，ANT及2.4GHz私有協(xié)議等多無線解決方案的處理器，搭載集成了支持浮點(diǎn)運(yùn)算的ARMCortex-M4F內(nèi)核的32位處理器，具有512kB閃存和64kBRAM，主頻可達(dá)64MHz。nRF52832內(nèi)部集成了8路12位逐次逼近型ADC、2路I2C總線、2路SPI、1路UART串口和1路I2S音頻接口等多種接口[4]。其特有的共20個可用的PPI（Programmable Peripheral Interconnect）映射機(jī)制使得外設(shè)之間的事件可獨(dú)立于CPU進(jìn)行連接，節(jié)省CPU資源。新增加的EasyDMA技術(shù)，外設(shè)可直接訪問內(nèi)部RAM，而無需CPU干預(yù)。

（2）電源接口設(shè)計(jì)。nRF52832藍(lán)牙芯片工作電壓為3.3V，超聲波測距模塊、esp8266模塊工作電壓為5V，LED點(diǎn)陣屏工作電壓為12V。因此，本系統(tǒng)采用12伏開關(guān)電源供電，通過LM2596-5.0芯片穩(wěn)壓到5V，再將5V電壓經(jīng)過LDO降壓芯片XC6206穩(wěn)壓到3.3V供系統(tǒng)使用。

（3）WIFI模塊設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用ESP8266WIFI無線通信模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)，ESP8266芯片集成了單片機(jī)+WiFi兩部分功能，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和處理能力，能通過SDK實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)。由于nRF52832具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力及豐富的外設(shè)，ESP8266模塊僅用作網(wǎng)絡(luò)通信接口，實(shí)現(xiàn)車位監(jiān)測信息的實(shí)時(shí)更新。ESP8266模塊與nRF52832通過串口TXD/RXD進(jìn)行通信，ESP8266模塊設(shè)置成AP模式，通過接收nRF52832發(fā)送的AT命令進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和數(shù)據(jù)傳輸。

（4）檢測與報(bào)警電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)選用HC-SR04型超聲波測距模塊，通過測量與地面距離判讀車位是否空閑，該模塊測距范圍2～450cm，測量精度可高達(dá)3厘米，滿足車位監(jiān)測實(shí)際應(yīng)用。測距時(shí)，由nRF52832通過超聲波測距模塊的Trig引腳，發(fā)出一個至少10微秒的高電平信號。模塊收到信號后自動發(fā)出8個40kHz的方波，如果監(jiān)測到有信號返回，模塊接收端的ECHO輸出一個高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，測試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s））/2。

（5）LED點(diǎn)陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。車位狀態(tài)顯示模塊采用3.75單元板16*64點(diǎn)陣屏，主控制器使用STM32F103C8T6單片機(jī)，nRF52832通過IIC總線傳送顯示內(nèi)容。單片機(jī)的PA1～PA4用于控制74HC154譯碼器譯碼后的16條行信號線，通過S8050三極管驅(qū)動相應(yīng)的行線。列驅(qū)動電路由8位移位寄存器74HC595構(gòu)成，共采用8片74HC595進(jìn)行級聯(lián)，共用同一個數(shù)據(jù)鎖存信號RCK和移位時(shí)鐘信號SCK。作為列掃描控制器，為了降低成本，同時(shí)由于需要顯示的字符有限，因此直接在程序中建立漢字及字符的點(diǎn)陣庫。

3 軟件設(shè)計(jì)

nRF52832的工作流程如圖2所示，首先，進(jìn)行nRF52832外設(shè)和BLE協(xié)議棧初始化，包括nRF52832的串口、GPIO和IIC的初始化，接著初始化RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，然后進(jìn)行BLE藍(lán)牙協(xié)議棧等初始化工作，接著對各個I/O接口進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與輸入輸出。

4 結(jié)語

本文針對“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下，人們對共享停車的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種基于nRF52832藍(lán)牙模塊的車位監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測車位狀態(tài)信息，通過BLE藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)車輛停車的自我識別，并通過WIFI與云端數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，通過LED點(diǎn)陣進(jìn)行車位信息的實(shí)時(shí)顯示。本系統(tǒng)的開發(fā)，結(jié)合安卓平臺和云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)錯峰停車，有效的利用各種“閑置車位”的共享，緩解停車難問題。

參考文獻(xiàn)：

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